libevent源码解析－定时机制，信号处理，流量控制

概述

libevent的event，event_callback，event_base除了可以用来支持套接字的自动和手动分发，也可用来支持定时机制，信号处理．这里，我们补充对定时机制，信号处理的分析．

libevent中的通信对象集成了对流量控制的支持，我们这里补充对通信对象流量控制的分析．

libevent中的定时机制

1.概述
前面我们分析event，event_callback，event_base时，立足于服务于套接字的event来展开分析的．
libevent中的event既可以用于支持对套接字的自动分法，手动分发．也可用于支持定时机制．还可用于支持信号处理．

这一部分立足于支持定时机制，来分析libevent中event，event_callback，event_base．
2. event对于定时支持

struct event {struct event_callback ev_evcallback;union {TAILQ_ENTRY(event) ev_next_with_common_timeout;size_t min_heap_idx;} ev_timeout_pos;evutil_socket_t ev_fd;short ev_events;short ev_res;		struct event_base *ev_base;union {struct {LIST_ENTRY (event) ev_io_next;struct timeval ev_timeout;// 当服务于持续性超时event时．这里存储超时间隔．} ev_io;struct {LIST_ENTRY (event) ev_signal_next;short ev_ncalls;short *ev_pncalls;} ev_signal;} ev_;struct timeval ev_timeout;// 服务于超时event时，这里存储下个超时时间点．
};

我们之前已经从服务于套接字事件分发的角度介绍过event，event_base及其各个字段含义．这里我们立足与服务于定时机制介绍相关字段含义．
(1). ev_evcallback服务于定时机制时，同样借助ev_evcallback指定事件被分发时的处理信息．
(2). ev_timeout_pos，event服务于定时机制时，需加入到event_base相应结构中．
event_base为服务于定时的event准备了两类可选结构：通用结构，堆．
被放置于堆结构时，这里存储在堆内索引．
被放置于通用结构时，由于位于同一通用结构内各个event基于链表连接．这里用于构建链接信息．
(3). ev_fd
event_base对指定event支持其服务于三种类型：信号处理，套接字事件分发，定时机制．
其中，套接字事件分发与定时机制可同时存在于一个event身上．
某个event同时服务于套接字事件分发，定时机制时，ev_fd用于存储套接字描述符．
某个event独立服务于定时机制时，ev_fd应设置为-1．
(4). ev_events
某个event同时服务于套接字事件分发，定时机制时，ev_events用于存储感兴趣的套接字事件类型．
某个event独立服务于定时机制时，ev_events应设置为0．
(5). ev_res
若一个服务于定时机制的event，因为超时而被分发，ev_res用于存储分发原因．超时对应EV_TIMEOUT．
(6). ev_base
存储关联到的event_base对象指针．
(7). ev_
当服务于定时机制下，且event属于持久性event．此时ev_io.ev_timeout用来存储超时间隔．
如何理解持久性event？
a. 持久性event：
a.1. 初次添加到event_base后，从添加时间点或指定时间点开始，直到达到超时间隔期间该event未被分发时，会被自动分发一次．分发原因将是超时．
a.2. 每次event被分发即将执行其回调处理前，依据当前时间点结合超时间隔计算下一次超时时间点并再次注册到event_base．
b. 非持久性event：
b.1. 初次添加到event_base后，从添加时间点或指定时间点开始，直到达到超时间隔期间该event未被分发时，会被自动分发一次．分发原因将是超时．若在此期间因为其他原因得到分发，分发处理前，此event会自动从event_base移除．这样，后续不会再被event_base分发了．

实现上，服务于超时的event因为超时被分发时，会自动从event_base移除．在服务于超时的event即将被回调处理前，判断若是持久性的，会重新计算下个超时时间点并再次添加到event_base．

作为对比，服务于套接字的event因为套接字事件被分发时，不会从event_base移除．但在event即将被回调处理前，判断若是非持久性的，会将此event从event_base移除．
(8). ev_timeout
服务于定时机制时，用于存储此event将发生超时的超时时间点信息．

3.event_callback对定时机制的支持
我们从支持定时机制角度分析其各个字段．

struct event_callback 
{TAILQ_ENTRY(event_callback) evcb_active_next;short evcb_flags;ev_uint8_t evcb_pri;	/* smaller numbers are higher priority */ev_uint8_t evcb_closure;/* allows us to adopt for different types of events */union {void (*evcb_callback)(evutil_socket_t, short, void *);void (*evcb_selfcb)(struct event_callback *, void *);void (*evcb_evfinalize)(struct event *, void *);void (*evcb_cbfinalize)(struct event_callback *, void *);} evcb_cb_union;void *evcb_arg;
};

(1). evcb_active_next
用于将分发的event_callback组织在链表结构．
(2). evcb_flags
当此event_callback依附的event被插入服务于定时的堆结构或通用结构后，将包含EVLIST_TIMEOUT．
(3). evcb_pri
特权级
(4). evcb_closure
当此event_callback依附的event服务于定时机制时，依据是否是持久的event．
对持久的event，evcb_closure为EV_CLOSURE_EVENT，相应的evcb_cb_union为evcb_callback．
对非持久的event，evcb_closure为EV_CLOSURE_EVENT_PERSIST，相应的evcb_cb_union为evcb_callback．
(5). evcb_cb_union
参考上述．
(6). evcb_arg
自定义回调参数．

3.event_base对定时支持
(1). 提供通用结构，堆结构来容纳服务于定时的event．
放置在通用结构的一组event，依赖一个内部的放置在堆结构的event实现分发处理．
(2). 对放置在通用结构的event．
其ev_timeout结构中tv_usec结构符合如下结构：
在这里插入图片描述
高4比特位为tag，固定为0x5．
中间8比特位用作索引．
低20位为实际数值．
对持久的超时event，其用于时间间隔的ev_.ev_io.ev_timeout也是如此结构．
(3). event_base的事件循环会在每次io复用器分发后，依据当前时间点对超时的各个event执行分发处理．每次事件循环进入io阻塞等待前，也会保证最大等待时间不会超过当前时间点距离最近一个会超时event超时时间点的间隔．

4.io复用器对定时支持
io复用器在支持timerfd的情况下，允许利用timefd而非epoll_wait的超时参数的方式实现阻塞等待的超时唤醒．仅仅较新的linux内核支持此特性．

libevent中的信号机制

1.概述
前面我们分析event，event_callback，event_base时，立足于服务于套接字的event来展开分析的．
libevent中的event既可以用于支持对套接字的自动分法，手动分发．也可用于支持定时机制．还可用于支持信号处理．

这一部分立足于支持信号机制，来分析libevent中event，event_callback，event_base．

2.服务于信号处理的event

struct event {struct event_callback ev_evcallback;/* for managing timeouts */union {TAILQ_ENTRY(event) ev_next_with_common_timeout;size_t min_heap_idx;} ev_timeout_pos;evutil_socket_t ev_fd;short ev_events;short ev_res;		/* result passed to event callback */struct event_base *ev_base;union {/* used for io events */struct {LIST_ENTRY (event) ev_io_next;struct timeval ev_timeout;} ev_io;/* used by signal events */struct {LIST_ENTRY (event) ev_signal_next;short ev_ncalls;/* Allows deletes in callback */short *ev_pncalls;} ev_signal;} ev_;struct timeval ev_timeout;
};

我们从信号处理视角分析各个字段．
(1). ev_evcallback
包含回调处理信息．
(2). ev_timeout_pos
服务于定时分发时，存储所在结构内位置信息．
(3). ev_fd
服务于信号处理时，这里存储要处理的信号编号．
(4). ev_events
服务于信号处理时，必然包含EV_SIGNAL．类似套接字event，信号处理event也支持持久，非持久概念．对持久的event必然包含EV_PERSIST．
对非持久的服务于信号处理的event，因为信号产生被分发后，即从event_base移除．
对持久的服务于信号处理的event，信号产生被分发后，不会从event_base移除．除非显式请求．
(5). ev_res
服务于信号处理的event，因为信号产生而被分发时，这里包含EV_SIGNAL．
(6). ev_base
指向关联到的event_base．
(7). ev_
ev_signal中各个字段含义如下：
a. ev_signal_next
类似套接字event，服务于同一个信号编号的多个event，通过链式结构关联在一起．ev_signal_next用于构成链式结构．
b. ev_ncalls
信号event被分发时，允许设置一次分发时回调处理执行多次．这里记录回调处理要执行的次数．
c. ev_pncalls
这里安排这个指针的意义在于．
在信号event的回调处理进行中，让ev_pncalls指向ev_ncalls．如果再次期间，另一个用户将此event从event_base移除．
移除时会通过ev_pncalls，设置其指向变量为0，从而使得当前信号处理回调可以尽快结束．

4.event_base事件循环对信号处理的支持

struct event_base {const struct eventop *evsigsel;struct evsig_info sig;struct event_signal_map sigmap;
};

我们立足于服务于信号处理的角度，截取event_base中相关字段并分析其含义．
(1). evsigsel
套接字event的自动分发依赖io复用器．信号event的分发也有自己的复用器来提供支持．
(2). sig

struct evsig_info {struct event ev_signal;evutil_socket_t ev_signal_pair[2];int ev_signal_added;int ev_n_signals_added;
#ifdef EVENT__HAVE_SIGACTIONstruct sigaction **sh_old;
#elseev_sighandler_t **sh_old;
#endifint sh_old_max;
};

这个结构来为event_base实现信号处理提供支持．其各个字段含义如下：
a. ev_signal，ev_signal_pair
我们需要一个独立的event来帮助实现信号event的分发．
在event_base的初始化阶段，会创建一个pipe，得到两个套接字．并执行如下初始化：

event_assign(&base->sig.ev_signal, base, base->sig.ev_signal_pair[0], EV_READ | EV_PERSIST, evsig_cb, base);
static void evsig_cb(evutil_socket_t fd, short what, void *arg)
{static char signals[1024];ev_ssize_t n;int i;int ncaught[NSIG];struct event_base *base;base = arg;memset(&ncaught, 0, sizeof(ncaught));while (1) {
#ifdef _WIN32n = recv(fd, signals, sizeof(signals), 0);
#elsen = read(fd, signals, sizeof(signals));// 读取pipe套接字数据
#endifif (n == -1) {int err = evutil_socket_geterror(fd);if (! EVUTIL_ERR_RW_RETRIABLE(err))event_sock_err(1, fd, "%s: recv", __func__);// 异常break;// 表示已经读取干净} else if (n == 0) {break;// 表示pipe套接字被关闭了}// 对读取内容逐个字节分析for (i = 0; i < n; ++i) {ev_uint8_t sig = signals[i];if (sig < NSIG)ncaught[sig]++;// 每个字节代表一个信号编号}}EVBASE_ACQUIRE_LOCK(base, th_base_lock);for (i = 0; i < NSIG; ++i) {// 允许特定信号的event被分发时，分发中执行多次回调处理if (ncaught[i])evmap_signal_active_(base, i, ncaught[i]);// 实现信号event分发．}EVBASE_RELEASE_LOCK(base, th_base_lock);
}

这样得到的效果时，若我们向使得某个信号编号下的各个event得到分发处理，我们只需向base->sig.ev_signal_pair[0]套接字写入信号编号即可．
b. ev_signal_added
非0时表示依附的event_base上至少注册了一个服务于信号处理的event．
c. ev_n_signals_added
记录依附的event_base上注册的服务于信号处理的event的数量．
d. sh_old，sh_old_max
当我们向event_base注册服务于某个信号编号的event时，会通过服务于信号处理的复用器执行信号处理函数安装．安装时，我们通过sh_old来记录此信号编号安装前的信号处理信息．这样，当此信号编号的最后一个event从event_base移除时，我们需要借助sh_old中的信号处理信息来恢复．

5.服务于信号处理的复用器

// 专门服务于信号分发的复用器
static const struct eventop evsigops = {"signal",NULL,evsig_add,evsig_del,NULL,NULL,0, 0, 0
};

当我们最初向event_base添加某个信号编号的event时，将执行一次evsig_add．当我们将某个信号编号的最后一个event从event_base移除时，将执行一次evsig_del．
a. evsig_add

// 代表开始监控某个信号
static int evsig_add(struct event_base *base, evutil_socket_t evsignal, short old, short events, void *p)
{struct evsig_info *sig = &base->sig;(void)p;EVUTIL_ASSERT(evsignal >= 0 && evsignal < NSIG);EVSIGBASE_LOCK();// 这意味着至少两个event_base各自在监控信号eventif (evsig_base != base && evsig_base_n_signals_added) {event_warnx("Added a signal to event base %p with signals ""already added to event_base %p.  Only one can have ""signals at a time with the %s backend.  The base with ""the most recently added signal or the most recent ""event_base_loop() call gets preference; do ""not rely on this behavior in future Libevent versions.",base, evsig_base, base->evsel->name);}// 通过静态结构记录最近负责信号event监控的event_base．// 及其上监控的信号数目．evsig_base = base;evsig_base_n_signals_added = ++sig->ev_n_signals_added;// 通过pipe的套接字实现分发通知evsig_base_fd = base->sig.ev_signal_pair[1];EVSIGBASE_UNLOCK();event_debug(("%s: %d: changing signal handler", __func__, (int)evsignal));// 信号处理设置if (evsig_set_handler_(base, (int)evsignal, evsig_handler) == -1) {goto err;}if (!sig->ev_signal_added) {if (event_add_nolock_(&sig->ev_signal, NULL, 0))goto err;sig->ev_signal_added = 1;}return (0);
err:EVSIGBASE_LOCK();--evsig_base_n_signals_added;--sig->ev_n_signals_added;EVSIGBASE_UNLOCK();return (-1);
}

上述过程主要为：
为信号编号安装信号处理．evsig_set_handler_处理中会安装信号处理，同时将此信号编号之前的信息处理保存起来．
这样，后续此信号产生时，将执行一次evsig_handler．
evsig_handler中则通过向evsig_base_fd写入此信号编号内容．由于sig->ev_signal的作用．这将引发event_base后续对此信号相关的所有event执行一次分发．
b. evsig_del

static int evsig_del(struct event_base *base, evutil_socket_t evsignal, short old, short events, void *p)
{EVUTIL_ASSERT(evsignal >= 0 && evsignal < NSIG);event_debug(("%s: "EV_SOCK_FMT": restoring signal handler", __func__, EV_SOCK_ARG(evsignal)));EVSIGBASE_LOCK();--evsig_base_n_signals_added;--base->sig.ev_n_signals_added;EVSIGBASE_UNLOCK();return (evsig_restore_handler_(base, (int)evsignal));
}

当某个信号编号的最后一个event从event_base移除时，会执行一次evsig_del．
evsig_del会更新变量，并借助evsig_restore_handler_恢复此信号编号之前的信号处理．

6.最佳实践
因为linux多线程应用中，发给应用的信号只会传递给一个线程．激发一次信号处理．
所以相应的借助event_base的event实现信号处理时，我们应该：
(1). 将服务于信号处理的event集中注册到一个event_base．
libevent中相应的设置了以下局部静态变量来存储此event_base及关联信息．

#ifndef EVENT__DISABLE_THREAD_SUPPORT
static void *evsig_base_lock = NULL;
#endif
static struct event_base *evsig_base = NULL;
static int evsig_base_n_signals_added = 0;
static evutil_socket_t evsig_base_fd = -1;

libevent中通信对象的流量控制

1.流量控制初始化
流控初始化时会设置好时间点，最大单次允许量，速率，间隔单位．
2.读，写操作前更新并获取允许流量
以读为例，每次读时，依据上次余量，距离上次读取间隔，速率，最大单次允许量可以计算出本次操作允许量．从而控制本次操作时，允许读取的量，进而达到流控效果．
3.读，写操作后再次更新允许流量
以读为例，每次读后，依据读取量，上次余量重新计算余量．在余量降低到0时候，会通过移除可读事件来临时禁止后续读取操作．并同时启动一个定时event，在定时回调中重新计算余量．在余量大于0时，重新恢复可读事件，并取消定时event．

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